(57)【要約】【課題】大量の小型アンテナアレイを製造する方法を提供する。【解決手段】本方法は、コンピュータファイルとしてアンテナアレイパターンを作成するステップと、作成したパターンを転写紙の面上に印刷するステップと、印刷画像面をエッチング対象の材料の表面と接触させた状態で配置するステップと、印刷画像をエッチング対象の材料の表面に転写するステップとを含む。転写は、化学薬品、熱及び／又は圧力のあらゆる組合せによって行うことができる。転写後に転写紙は除去される。転写紙除去ステップは任意的に、エッチング対象の材料の表面上に印刷アンテナパターンを残した状態で転写紙を溶解するように該転写紙を湿潤させるステップを含む。化学エッチングによって材料の非印刷部分をエッチングするステップと、印刷パターンを材料の表面から除去して基板表面の非エッチング部分を含むアンテナアレイを生成するステップとを含む。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナアレイを製造する方法であって、
コンピュータファイルとしてアンテナアレイパターンを作成するステップと、
前記アレイパターンを転写紙の第１の面上に印刷画像として印刷するステップと、
エッチング可能な表面を有する基板を準備するステップと、
前記転写紙の第１の面を前記基板のエッチング可能な表面と接触させた状態で配置するステップと、
前記印刷画像を前記基板のエッチング可能な表面に転写するステップと、
前記印刷画像を前記基板のエッチング可能な表面上に残すように前記転写紙を除去するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記基板のエッチング可能な表面の非印刷部分をエッチングするステップをさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記エッチングするステップが、化学エッチングするステップを含む、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記エッチング可能な表面が銅を含む、請求項３記載の方法。
【請求項５】
該方法が、前記材料のエッチング可能な表面から前記印刷画像を除去するステップをさらに含む、請求項２記載の方法。
【請求項６】
前記転写紙を除去するステップが、該転写紙を湿潤させるステップを含む、請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記印刷画像を転写するステップが、前記転写紙の第１の面に対向する該転写紙の側面に圧力を加えるステップを含む、請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記印刷画像を転写するステップが、前記転写紙の第１の面に対向する該転写紙の側面に熱を加えるステップをさらに含む、請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記印刷画像を転写するステップが、前記転写紙の第１の面に対向する該転写紙の側面に熱を加えるステップを含む、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記転写紙がデカルコマニア紙を含む、請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波アンテナ要素の製作に関し、具体的には、航空機用途に用いるようなアンテナアレイの製作に関する。
【背景技術】
【０００２】
アンテナアレイは広範囲の用途を有することが知られている。アンテナアレイは一般的に、携帯電話、航空機無線及びレーダシステムのような様々な品目に用いられる。アンテナアレイは、電磁信号の指向送信を行うと同時に電子信号認識を強化するために用いられる。マイクロ波アンテナアレイのようなアンテナアレイを航空機の構成部品内に組み込むことが知られている。そのようなアレイは、例えば機体、翼、尾部及び他の低温組立体のような航空機組立体の外面内に組み込むことができる。
【０００３】
アンテナアレイを製造する公知の方法は、フォトエッチング法を使用する。フォトエッチングの例示的な従来技術の方法は、例えば米国特許第６，０８３，７６７号に簡潔に記載されている。そのような公知の方法では、フォトレジストで覆われた金属表面（又は、アンテナに望ましい他の材料）上に所望の設計の画像を集束させる。次に、フォトレジストは現像されて、アンテナアレイになることを意図した表面の領域を保護するように所望のレジストのパターンを残した状態になる。表面は、保護していない表面を除去するように適当なエッチング液を用いてエッチングされる。最後に、エッチングプロセスの間にアンテナアレイ設計を保護したフォトレジスト材料が除去される。
【特許文献１】米国特許第６，０８３，７６７号公報
【特許文献２】米国特許出願公開第２００５／０１２０３２１Ａ１号公報
【特許文献３】米国特許第６，８９８，７７９Ｂ２号公報
【特許文献４】米国特許出願公開第２００５／００１５１７５Ａ１号公報
【特許文献５】米国特許出願公開第２００３／０１６３７９４Ａ１号公報
【特許文献６】米国特許第６，５９８，２０８Ｂ２号公報
【特許文献７】米国特許再発行第３８，０５９Ｅ号公報
【特許文献８】米国特許第６，０２０，８６２号公報
【特許文献９】米国特許第４，９６９，２５７号公報
【特許文献１０】米国特許第４，８３５，０８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述のフォトレジスト方法のような公知の方法は、それに伴う複雑さ及び労働集約的なステップのため、小型アンテナアレイの大量生産には適していない。従って、大量の小型アンテナアレイを製作する簡単かつ安価な方法に対する満たされていないニーズが存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、マイクロ波アンテナアレイのような大量の小型アンテナアレイを製造する簡単でかつ費用効率がある方法を提供する。本発明はさらに、印刷画像を転写紙から基板のエッチング可能な表面上に転写することによって形成されたエッチング不能なマスクを有するエッチング可能な基板を提供する。
【０００６】
１つの実施形態では、本方法は、コンピュータファイルとしてアンテナアレイパターンを作成するステップと、作成したパターンを適当な転写紙の第１の面上に印刷画像として印刷するステップと、印刷画像をエッチング対象の基板材料の表面と接触させた状態で配置するステップと、印刷画像をエッチング対象の材料の表面に転写するのに十分な圧力及び熱を第１の面に対向する転写紙の側面に加えるステップと、転写した印刷画像をエッチング対象の材料の表面上に残しながら転写紙を除去するステップとを含む。転写紙を除去するステップは、転写した印刷アンテナパターンをそのまま状態で基板材料の表面上に残しながら転写紙を溶解するように転写紙を湿潤させるステップを含むのが好ましい。
【０００７】
任意選択的に、本方法はさらに、好ましくは化学エッチングによって基板材料の非印刷部分をエッチングするステップと、印刷パターンを基板材料の表面から除去して非エッチングパターンを基板の表面上に生成するステップとを含む。
【０００８】
本発明の装置は、エッチング可能な表面と該エッチング可能な表面の少なくとも一部分に付着したエッチング不能なマスクとを有する基板を含む。マスクは、アンテナアレイパターンの印刷画像を含み、この印刷画像は、アンテナアレイパターンを作成するプロセスと、アンテナアレイパターンを転写紙の第１の面上に印刷するプロセスと、転写紙の第１の面を基板のエッチング可能な表面と接触させた状態で配置するプロセスと、印刷画像を基板のエッチング可能な表面に転写するプロセスと、印刷画像を基板のエッチング可能な表面に残すように転写紙を除去するプロセスとによって作成されかつ付着される。転写した印刷画像は、エッチングプロセスの間にマスクとして作用し、次にマスクによって保護された非エッチング表面を露出するように除去される。
【０００９】
本発明の他の特徴及び利点は、本発明の原理を実施例によって示す添付の図面と関連させた、好ましい実施形態の以下のより詳細な説明から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明は、複数の個別アンテナアレイを材料の表面上に形成する方法を含む。本発明はさらに、基板の表面に付着したエッチング不能なマスクを有するエッチング可能な基板を提供する。
【００１１】
図１に示す１つの実施形態では、本方法は、所望のアンテナアレイパターンのような画像を、好ましくはＡＵＴＯＣＡＤ（登録商標）ソフトウェア又は他の適当なＣＡＤプログラムのようなコンピュータ支援設計（「ＣＡＤ」）ソフトウェアを用いることによってコンピュータファイルとして作成しかつ保存するステップ１０２で始まる。ＡＵＴＯＣＡＤ（登録商標）は、Ａｕｔｏｄｅｓｋ，  Ｉｎｃ．（カリフォルニア州９４９０３  サンラファエル  ＭｃＩｎｎｉｓ  Ｐａｒｋｗａｙ  １１１に事業拠点を有するＤｅｌａｗａｒｅの会社）が所有するコンピュータソフトウェアの登録商標である。アンテナアレイパターンを含む例示的な画像は、図２に示している。
【００１２】
作成しかつ保存した画像は次に、ステップ１０４において、記憶装置から呼び出され、適当な転写紙の面上に印刷するためのプリンタに送信される。印刷するステップ１０４は、トナー又は他のエッチング不能な媒体を利用して画像を形成するレーザジェットプリンタ又はインクジェットプリンタのような従来型のコンピュータ制御プリンタを用いて行われるのが好ましい。しかしながら、本方法は、エッチング可能な基板の表面に転写される時に転写可能でありかつマスキング剤として適当であるトナー及び／又は他のエッチング不能な印刷媒体を被着させることになるあらゆるプリンタを用いることができる。
【００１３】
ステップ１０６において、印刷した転写紙は、印刷パターンがエッチング対象の（エッチングされることになる）基板又は他の材料の表面に面した状態で配置される。ステップ１０８において、印刷画像は基板に転写される。プリンタトナーの選択及び転写紙の選択に応じて、化学薬品、圧力及び／又は熱のいずれかの組合せを用いて、印刷画像をエッチング対象の材料の基板に転写しかつ印刷画像を付着させることができる。ステップ１０８は、圧力及び／又は熱のみを加えるステップを含むのが好ましい。そのような圧力及び／又は熱は、あらゆる公知の方法によって加えることができるが、オートクレーブ、アイロン又は蒸気源によって加えるのが好ましい。加熱は、高温乾燥アイロンなどによるような乾式加熱であるのが好ましい。加えた熱及び圧力によって、印刷画像がエッチング対象の材料の表面上に転写される。
【００１４】
ステップ１１０において、エッチング対象の材料の表面に付着した印刷画像を残した状態で、転写紙が除去される。ステップ１１０の１つの実施形態では、転写紙及び印刷媒体に適合性がある水又は他の溶媒が、印刷画像面に対向する転写紙の面に加えられる。水を加えることにより、転写紙裏当てを印刷画像から分離して、エッチング対象の材料の表面上に付着した印刷アンテナパターンを残しながら転写紙を除去することが可能になる。この付着したパターンは、下にあるエッチング可能な基板の表面を保護する物理的かつ化学的マスクとして作用する。あらゆる後続のエッチングプロセスにおいて、印刷画像は、下にある表面をマスクするが、隣接する基板のマスクしていない部分のエッチングを妨げない。
【００１５】
ステップ１１２において、材料は、好ましくは購入可能なエッチング薬品及びプロセスを用いる化学エッチングによってエッチングされる。エッチングステップの後に、ステップ１１４において、アセトン又は他の適当な溶媒を用いて、印刷画像マスクがエッチング可能な基板の表面からきれいに取り除かれる。
【００１６】
本明細書で説明したプロセスは、エッチングしてアレイを生成することができるマスクした基板を形成する安価な装置を用いて、非常に短時間でアンテナアレイを設計しかつ製作することを実現可能にする。設計を行いかつコンピュータファイル内に記憶させた後は、パターンを転写紙上に形成するのに僅かな時間、パターンを適当な基板上に転写するのに僅かな時間、及びパターンをエッチングするのに僅かな時間がかかるだけである。
【実施例】
【００１７】
本発明の方法は、銅張カプトン上にまた銅張回路基板材料上にもアンテナアレイをエッチングするのに適合することが判った。例えば、１つの実施形態では、マイクロプロセッサ制御コンピュータ上にＡＵＴＯＣＡＤ（登録商標）ファイルとして、図１の例示的なアンテナアレイパターン画像を作成した。次に、作成したパターン画像をメモリ内に保存し、メモリにおいて、適当な転写紙上に印刷画像として印刷するために画像を呼び出しかつプリンタに送信した。この実施例では、使用したプリンタは、購入可能なＨｅｗｌｅｔｔ−ＰａｃｋａｒｄインクカートリッジモデルＱ２６１０Ａとして供給されるような標準インクを備えたＨｅｗｌｅｔｔ−Ｐａｃｋａｒｄ  Ｌａｓｅｒ  Ｊｅｔ  ２３００ｄｎであった。使用した転写紙は、ＤＥＣＡＦＩＸ（登録商標）ブランド転写紙であった。ＤＥＣＡＦＩＸ（登録商標）は、デカルコマニア紙、具体的にはウォータスライド多様性を有する独自仕様の転写紙の商標である。ＤＥＣＡＦＩＸ（登録商標）商標は、ＵＳＰＴＯウェブサイトで利用可能な商標登録データによると、事務所住所が米国コネチカット州スタンフォード  Ｓｕｍｍｅｒ  Ｓｔｒｅｅｔ  ５００であるＢｒｉｔｔａｉｎｓ  Ｔｕｌｌｉｓ  Ｒｕｓｓｅｌｌ，Ｉｎｃ．Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎが所有するものと思われる。ＤＥＣＡＦＩＸ（登録商標）及び他のデカルコマニア紙は、モデル及び玩具のデカルの成作及び転写用途に最も一般的に用いられる。そのような紙は、プラスチック及び被覆物品のような装飾するのが困難な表面への付着を改善するように特別に設計されている。この実施例で選択した転写紙の製造業者の仕様は、以下の表１に記載している。
【００１８】
【表１】
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この実施例では、ＡＵＴＯＣＡＤ（登録商標）ソフトウェアを用いて作成した画像は、インクジェットプリンタ及び購入可能なインクジェットインクを用いてＤＥＣＡＦＩＸ（登録商標）転写紙に直接印刷した。次に、得られた印刷画像は、熱及び圧力を用いて銅張基板に転写した。転写は、約１８０°Ｆに設定した高温乾式電気アイロン及び約２〜約１０ｐｓｉの範囲内の圧力を用いて行った。しかしながら、転写はまた、基板表面が転写紙上の印刷画像に接触した状態を保つように銅張基板を袋詰めしてオートクレーブ及び／又は真空を用いて行うこともできる。１つの実施例では、オートクレーブは、約１５〜約２５ｐｓｉの範囲内の真空圧力の状態で室温から毎分約２〜約５°Ｆの速度で３００°Ｆまで上昇させた。この実施例では、３００°Ｆの温度に達した後に、その温度及び圧力を１０〜３０分間維持し、次にオートクレーブを冷却し、圧力を解除した。
【００１９】
圧力／熱転写プロセスに続いて、転写紙の露出した裏面を約５〜約１０分間にわたり水に浸した。浸した後には、転写紙を基板から離れるようにスライドさせることによって、元はレーザジェットプリンタによって転写紙上に印刷されたパターンを後に残した状態で、転写紙は容易に除去された。銅張基板上に残った印刷パターンは、強力に付着しており、乾燥後に耐エッチング性マスクになった。
【００２０】
パターンを有する得られた銅張基板は次に、塩化第二鉄銅エッチング溶液内に浸漬させた。塩化第二鉄及び他の利用可能なエッチング化学溶液は、広く購入可能であり、それら全てが、本発明に対して適合性があると思われる。この実施例では塩化第二鉄を用いて、約１／２〜２時間エッチングした後に、不要な銅が基板表面から除去されて、その下にある銅を保護している印刷しかつ転写したパターンのみが残った状態になった。エッチング溶液を基板から洗い流した後に、アセトンに浸した布を用いて印刷画像を拭き取って、基板表面上に所望の銅パターンを露出させた。
【００２１】
本発明の方法を用いると、エッチング可能な基板の所望の部分を容易にマスクし、それによってマスクした基板表面を損傷させずに周囲の基板のマスクしていない表面を次にエッチングするのを可能にすることができる。
【００２２】
本発明を好ましい実施形態に関して説明してきたが、本発明の技術的範囲から逸脱することなく、本発明の要素に様々な変更を加えることができまた本発明の要素を均等物で置き換えることができることは、当業者には明らかであろう。例えば、本発明は、銅張材料のエッチングに限定されるものではなく、またアンテナアレイとして機能するのに適したあらゆる適合硬質又は半硬質エッチング可能基板材料上に印刷画像を転写するために用いることができる。銀、錫、金、鉄、ニッケル、コバルト、これらの組合せ及びこれら金属を含む合金のような他の金属の使用もまた、本発明の技術的範囲内にある。
【００２３】
さらに、本発明の本質的技術的範囲から逸脱することなく、特定の状況又は物的要件を本発明の教示に適合させるように多くの修正を加えることができる。従って、本発明は、本発明を実施するために考えられる最良の形態として開示した特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明が特許請求の範囲の技術的範囲内に属する全ての実施形態を含むことになることを意図している。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第１の実施形態による本発明の方法のフローチャートを示す図。
【図２】本発明による印刷アレイパターンを示す図。
【符号の説明】
【００２５】
１０２  アンテナパターン画像を作成するステップ
１０４  パターン画像を転写紙上に印刷するステップ
１０６  印刷画像をマスク対象の基板の表面に接触させた状態で配置するステップ
１０８  画像を転写紙からマスク対象の基板の表面に転写するステップ
１１０  マスク対象の表面に付着した印刷画像を残した状態で転写紙を除去するステップ
１１２  基板のマスクしていない表面をエッチングするステップ
１１４  基板の表面からマスクを除去するステップ
【図１】
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【図２】
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